В настоящее время существует тенденция для повышения эффективности систем физической защиты (СФЗ) объединять различные подсистемы в интегрированные комплексы. В статье рассматривается эффективность централизованных и распределенных систем с точки зрения временных задержек. Для каждого из типов систем оценивается время реакции на событие, приводится результат экспериментальных исследований, проведенных в лаборатории кафедры «Системы безопасности» МФТИ (ГУ) на базовом предприятии ЗАО «КОМПАНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬ».
Развитие систем безопасности движется по законам развития всех технических систем в сторону повышения функциональности, объединения подсистем и, следовательно, усложнения логики работы системы. Производителями интегрированных систем физической защиты (СФЗ) термин интеграция используется как синоним повышения надежности и эффективности работы системы. При этом не выделяются конкретные параметры полученной интегрированной системы, которые улучшаются при интеграции подсистем.
Системы физической защиты характеризуются следующими параметрами:
• комплектность,
• функциональность,
• размер,
• масштабируемость,
• расширяемость,
• взаимодействие с внешними подсистемами,
• отказоустойчивость/живучесть,
• быстродействие.
Первые шесть параметров можно легко проверить на практике или по паспорту устройства. Оставшиеся два параметра определить сложнее. И если отказоустойчивость/живучесть системы рассчитывается теоретически или проверяется временем, то всеобъемлющей методики измерения параметра быстродействия интегрированной системы безопасности на данный момент не существует.
Для функциональных подсистем быстродействие зачастую определяется соответствующими ГОСТами. Итак, можно исходить из того, что все сертифицированные системы безопасности удовлетворяют требованиям быстродействия. Значит, каждая функциональная составляющая ИКСФЗ реагирует своевременно, а за строго определенное время доставляет информацию оператору, но для решения некоторых ситуационных задач необходимо взаимодействие нескольких подсистем. В этом случае для каждой ситуационной задачи необходимо определять быстродействие системы. Это может быть теоретический расчет или серия экспериментов.
Используя современное оборудование и программное обеспечение, можно организовать взаимодействие любых подсистем, подключая все к одному или нескольким серверам. Таким образом, можно построить систему практически любого размера. Масштабируемость и расширяемость в настоящее время зачастую обусловлена дополнительными ограничениями, которые вводят производители в виде лицензий, чтобы получать большую прибыль. Сразу после приобретения этих лицензий и дополнительного оборудования, система может быть расширена до необходимого размера и необходимой функциональности. Логика работы современных систем, при использовании программного обеспечения, также может быть практически любой. Максимальное количество условий, дополнительных параметров, настроек, переменных, счетчиков в рамках одной системы определяется обычно сложностью программного конфигуратора.
Занимаясь повышением функциональности, настраиванием более сложного алгоритма взаимодействия подсистем, часто забывают о конечном быстродействии получившейся интегрированной системы, что является определяющим фактором при оценке эффективности СФЗ любого объекта.
В настоящее время задачи интеграции чаще всего решаются на верхнем уровне системы. Множество производителей предлагают свое интегрирующее программное обеспечение. Естественно, что в этом случае СФЗ представляет собой централизованную систему (Рис. 1.). В такой системе "мозгом" является компьютер, на котором установлено соответствующее интегрирующее программное обеспечение. Обычно к компьютеру подключаются центральные контроллеры системы контроля и управления доступом, системы охранно-пожарной сигнализации, концентраторы и коммутаторы видеоподсистемы. Как правило, к центральным контроллерам подключаются периферийные модули, к которым по своим интерфейсам подключаются оконечные устройства. Через эти промежуточные звенья компьютер осуществляет мониторинг и управление всей периферией.
Развитие систем безопасности движется по законам развития всех технических систем в сторону повышения функциональности, объединения подсистем и, следовательно, усложнения логики работы системы. Производителями интегрированных систем физической защиты (СФЗ) термин интеграция используется как синоним повышения надежности и эффективности работы системы. При этом не выделяются конкретные параметры полученной интегрированной системы, которые улучшаются при интеграции подсистем.
Системы физической защиты характеризуются следующими параметрами:
• комплектность,
• функциональность,
• размер,
• масштабируемость,
• расширяемость,
• взаимодействие с внешними подсистемами,
• отказоустойчивость/живучесть,
• быстродействие.
Первые шесть параметров можно легко проверить на практике или по паспорту устройства. Оставшиеся два параметра определить сложнее. И если отказоустойчивость/живучесть системы рассчитывается теоретически или проверяется временем, то всеобъемлющей методики измерения параметра быстродействия интегрированной системы безопасности на данный момент не существует.
Для функциональных подсистем быстродействие зачастую определяется соответствующими ГОСТами. Итак, можно исходить из того, что все сертифицированные системы безопасности удовлетворяют требованиям быстродействия. Значит, каждая функциональная составляющая ИКСФЗ реагирует своевременно, а за строго определенное время доставляет информацию оператору, но для решения некоторых ситуационных задач необходимо взаимодействие нескольких подсистем. В этом случае для каждой ситуационной задачи необходимо определять быстродействие системы. Это может быть теоретический расчет или серия экспериментов.
Используя современное оборудование и программное обеспечение, можно организовать взаимодействие любых подсистем, подключая все к одному или нескольким серверам. Таким образом, можно построить систему практически любого размера. Масштабируемость и расширяемость в настоящее время зачастую обусловлена дополнительными ограничениями, которые вводят производители в виде лицензий, чтобы получать большую прибыль. Сразу после приобретения этих лицензий и дополнительного оборудования, система может быть расширена до необходимого размера и необходимой функциональности. Логика работы современных систем, при использовании программного обеспечения, также может быть практически любой. Максимальное количество условий, дополнительных параметров, настроек, переменных, счетчиков в рамках одной системы определяется обычно сложностью программного конфигуратора.
Занимаясь повышением функциональности, настраиванием более сложного алгоритма взаимодействия подсистем, часто забывают о конечном быстродействии получившейся интегрированной системы, что является определяющим фактором при оценке эффективности СФЗ любого объекта.
Централизованные системы
В настоящее время задачи интеграции чаще всего решаются на верхнем уровне системы. Множество производителей предлагают свое интегрирующее программное обеспечение. Естественно, что в этом случае СФЗ представляет собой централизованную систему (Рис. 1.). В такой системе "мозгом" является компьютер, на котором установлено соответствующее интегрирующее программное обеспечение. Обычно к компьютеру подключаются центральные контроллеры системы контроля и управления доступом, системы охранно-пожарной сигнализации, концентраторы и коммутаторы видеоподсистемы. Как правило, к центральным контроллерам подключаются периферийные модули, к которым по своим интерфейсам подключаются оконечные устройства. Через эти промежуточные звенья компьютер осуществляет мониторинг и управление всей периферией.
Рис. 1. Централизованная система
Рассмотрим следующую ситуационную задачу. В помещении имеются средства обнаружения и телевизионные камеры (Рис. 2).
Рис.2 Камеры и средства обнаружения
Необходимо произвести видео верификацию тревоги по сигналу от средств обнаружения. Временной параметр определяется временем пребывания нарушителя в поле зрения камеры. Допустимое время задержки от одной до трех секунд. Рассмотрим, какие задержки появятся в централизованной системе при решении данной задачи (Рис. 3.).
Рис.3 Задержки в централизованной системе
Распределенные системы
Если основные блоки управления подсистем соединены в шину, могут напрямую передавать данные между собой, а также осуществлять управление, то такая система будет распределенной.
Многие крупные производители предлагают собственные законченные интегрированные комплексы, в которых передача данных между центральными контроллерами подсистем осуществляется по интерфейсу RS-485 или CAN-шине. Также к общей шине данных может быть подключено и несколько устройств одного типа для расширения системы. В такой топологии устройства могут передавать необходимые данные в шину, причем необязательно передавать все данные, можно передавать только те, которые нужны для решения определенных задач интеграции.
Остальные устройства, получая информацию по данной шине, должны выполнять необходимые операции, опираясь на заложенную в них логику (Рис. 4).
Так как обмен необходимой информацией происходит не через компьютер, а напрямую, временные задержки в такой системе значительно меньше, чем в централизованной.
Рис.4 Распределенная система
Задержки в распределенной системе показаны на рис. 5.
Рис.5 Задержки в распределенной системе
Основным минусом такого подхода является то, что стандартные шины RS-485 и CAN имеют значительные ограничения по длине и пропускная способность их резко падает с увеличением длин шин. Кроме того, как и в большинстве других случаев, протоколы обмена данными обычно закрыты, а значит, в такой интегрированной системе можно использовать устройства только одного производителя.
При анализе эффективности систем физической защиты оцениваются вероятности захвата нарушителя. Для данной оценки необходимо выполнение условия:
∆Т = То - Тн <0 (1).
Для соответствующей оперативной ситуации. Здесь ∆Т - резерв времени сил охраны; То и Тн - времена действий охраны и нарушителя (с момента поступления сигнала тревоги) соответственно. Вероятности захвата оцениваются согласно выражению:
P(∆Т = То - Тн <0) = F(-x), (2).
Где F(-x) - функция распределения стандартной нормальной случайной величины, x - математическое ожидание приведенного резерва времени сил охраны, определяемое из выражения [3]:
Временные задержки в интегрированных системах физической защиты
При анализе эффективности систем физической защиты оцениваются вероятности захвата нарушителя. Для данной оценки необходимо выполнение условия:
∆Т = То - Тн <0 (1).
Для соответствующей оперативной ситуации. Здесь ∆Т - резерв времени сил охраны; То и Тн - времена действий охраны и нарушителя (с момента поступления сигнала тревоги) соответственно. Вероятности захвата оцениваются согласно выражению:
P(∆Т = То - Тн <0) = F(-x), (2).
Где F(-x) - функция распределения стандартной нормальной случайной величины, x - математическое ожидание приведенного резерва времени сил охраны, определяемое из выражения [3]:
Где M[Т] и D[Т] - соответственно математическое ожидание и дисперсия времен сил охраны и нарушителя.
Время действия охраны То включает в себя время обнаружения тревоги, время на верификацию данной тревоги, а также время на непосредственное реагирование сил охраны. В этом случае, оценка быстродействия интегрированной системы является необходимой составляющей оценки времени действия охраны.
Очевидно, что одним из основных показателей интеграции технических систем является время, в течение которого ими обрабатывается событие и выполняется ответное действие. Допустимое время задержки определяется ситуационной задачей. Если время, необходимое для взаимодействия подсистем, превышает максимально допустимое, определенное ситуационной задачей, то такая интеграция зачастую бесполезна.
В лаборатории кафедры «Системы безопасности» МФТИ(ГУ) на базовом предприятии ЗАО «КОМПАНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬ» проводятся исследования временных параметров интеграции систем физической защиты. Измеряемая физическая величина – время между двумя событиями. Событием начала отсчета может быть сработка извещателя (охранного или пожарного), вызов охраны или какое-либо иное тревожное событие. События, по которому отсчет прекращается – подтверждение оператором факта наличия тревожной ситуации или завершающее действие алгоритма системы, как реакции на данную тревожную ситуацию.
Для каждой ситуационной задачи проводится две серии экспериментов.
Первая серия экспериментов проводится без участия оператора. В этом случае оценивается быстродействие системы без учета человеческого фактора.
Вторая серия измерений учитывает работу оператора. Одна часть измерений заканчивается подтверждением тревоги. Другая часть измерений включает в себя верификацию тревоги, подтверждение ее оператором, а также подачу команды на управление соответствующей подсистемой.
Каждый эксперимент включает в себя несколько измерений, что необходимо для оценки случайной погрешности.
В результате лабораторных исследований параметров интеграции СОС-СОТ-СКУД было получено, что среднее время взаимодействия систем без участия оператора составляет чуть более 1 секунды, что удовлетворяет практически всем требованиям быстродействия интегрированных систем. Среднее время взаимодействия для централизованной системы с участием оператора, для которого необходимо вывести сообщение на экран, сформировать видеоизображение, повернуть и сфокусировать камеру, составило около 6 секунд.
При этом видео верификация тревоги для такой системы практически не имеет смысла. В данной ситуации для надежной верификации тревоги необходимо использовать предтревожную видеозапись продолжительностью не менее 6 секунд.
Также было определено быстродействие взаимодействия СПС и СКУД. Среднее время реакции интегрированной системы без участия оператора составляет чуть меньше 4-х секунд, причем для программной интеграции это время составляет около 5-и секунд, а для решения ситуационной задачи на аппаратном уровне в рамках одного контроллера данное время менее 2-х секунд. Если для подтверждения тревоги необходима команда оператора, то среднее время реакции системы составляет около 7-и секунд. При этом оператор не производит верификацию тревоги, он принимает решение на основе извещения о пожаре и графическом отображении на плане сработавшего извещателя.
Таким образом, можно сделать вывод, что в помещениях, где распространение опасных факторов пожара происходит очень быстро, что может угрожать жизни людей, интеграция СКУД и СПС должна проводится на аппаратном уровне, чтобы сократить до минимума задержки в системе. Если же необходимо более сложная логика работы системы или дополнительные условия, то централизованная интегрированная система и система с подтверждением также оказывается удовлетворительной с точки зрения быстродействия.
Рассматривая быстродействие СПС-АСПТ-СОТ, было получено, что среднее время реакции системы 9с. Данный результат является удовлетворительным, так как по нормам на системы пожарной сигнализации пуск автоматики происходит через 30 секунд после сработки извещателей. Для запуска системы оповещения такой результат оказывается неудовлетворительным.
Также было установлено, что задержка верификации с помощью стационарной камеры на 2-4 секунды меньше задержки верификации с помощью поворотной камеры. Это обусловлено тем, что для получения изображения нужно повернуть камеру и сфокусировать ее, причем, мелькание изображения при повороте также вносит задержку в восприятие оператором видеоизображения.
Таким образом, для верификации тревог в системе охранной сигнализации необходимо использовать стационарные камеры. Поворотные камеры использовать не эффективно, так как нарушитель за данное время задержки успевает выйти из поля зрения камеры.
Развивая методику оценки возможностей быстродействия интегрированных систем физической защиты, планируется разработка измерительных устройств, с помощью которых можно было бы оценивать временные задержки в системах не только в лабораторных условиях, но и на реальных объектах.
Анализ существующих работающих систем по временному параметру и выбор устройств в первую очередь удовлетворяющему требованию быстродействия может привести к тому, что производители будут больше ориентироваться не на функциональность новых устройств, а на реальное быстродействие всей системы в целом и быстродействие системы в решении конкретных ситуационных задач.
Время действия охраны То включает в себя время обнаружения тревоги, время на верификацию данной тревоги, а также время на непосредственное реагирование сил охраны. В этом случае, оценка быстродействия интегрированной системы является необходимой составляющей оценки времени действия охраны.
Очевидно, что одним из основных показателей интеграции технических систем является время, в течение которого ими обрабатывается событие и выполняется ответное действие. Допустимое время задержки определяется ситуационной задачей. Если время, необходимое для взаимодействия подсистем, превышает максимально допустимое, определенное ситуационной задачей, то такая интеграция зачастую бесполезна.
В лаборатории кафедры «Системы безопасности» МФТИ(ГУ) на базовом предприятии ЗАО «КОМПАНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬ» проводятся исследования временных параметров интеграции систем физической защиты. Измеряемая физическая величина – время между двумя событиями. Событием начала отсчета может быть сработка извещателя (охранного или пожарного), вызов охраны или какое-либо иное тревожное событие. События, по которому отсчет прекращается – подтверждение оператором факта наличия тревожной ситуации или завершающее действие алгоритма системы, как реакции на данную тревожную ситуацию.
Эксперименты
Для каждой ситуационной задачи проводится две серии экспериментов.
Первая серия экспериментов проводится без участия оператора. В этом случае оценивается быстродействие системы без учета человеческого фактора.
Вторая серия измерений учитывает работу оператора. Одна часть измерений заканчивается подтверждением тревоги. Другая часть измерений включает в себя верификацию тревоги, подтверждение ее оператором, а также подачу команды на управление соответствующей подсистемой.
Каждый эксперимент включает в себя несколько измерений, что необходимо для оценки случайной погрешности.
Анализ полученных результатов
В результате лабораторных исследований параметров интеграции СОС-СОТ-СКУД было получено, что среднее время взаимодействия систем без участия оператора составляет чуть более 1 секунды, что удовлетворяет практически всем требованиям быстродействия интегрированных систем. Среднее время взаимодействия для централизованной системы с участием оператора, для которого необходимо вывести сообщение на экран, сформировать видеоизображение, повернуть и сфокусировать камеру, составило около 6 секунд.
При этом видео верификация тревоги для такой системы практически не имеет смысла. В данной ситуации для надежной верификации тревоги необходимо использовать предтревожную видеозапись продолжительностью не менее 6 секунд.
Также было определено быстродействие взаимодействия СПС и СКУД. Среднее время реакции интегрированной системы без участия оператора составляет чуть меньше 4-х секунд, причем для программной интеграции это время составляет около 5-и секунд, а для решения ситуационной задачи на аппаратном уровне в рамках одного контроллера данное время менее 2-х секунд. Если для подтверждения тревоги необходима команда оператора, то среднее время реакции системы составляет около 7-и секунд. При этом оператор не производит верификацию тревоги, он принимает решение на основе извещения о пожаре и графическом отображении на плане сработавшего извещателя.
Таким образом, можно сделать вывод, что в помещениях, где распространение опасных факторов пожара происходит очень быстро, что может угрожать жизни людей, интеграция СКУД и СПС должна проводится на аппаратном уровне, чтобы сократить до минимума задержки в системе. Если же необходимо более сложная логика работы системы или дополнительные условия, то централизованная интегрированная система и система с подтверждением также оказывается удовлетворительной с точки зрения быстродействия.
Рассматривая быстродействие СПС-АСПТ-СОТ, было получено, что среднее время реакции системы 9с. Данный результат является удовлетворительным, так как по нормам на системы пожарной сигнализации пуск автоматики происходит через 30 секунд после сработки извещателей. Для запуска системы оповещения такой результат оказывается неудовлетворительным.
Также было установлено, что задержка верификации с помощью стационарной камеры на 2-4 секунды меньше задержки верификации с помощью поворотной камеры. Это обусловлено тем, что для получения изображения нужно повернуть камеру и сфокусировать ее, причем, мелькание изображения при повороте также вносит задержку в восприятие оператором видеоизображения.
Таким образом, для верификации тревог в системе охранной сигнализации необходимо использовать стационарные камеры. Поворотные камеры использовать не эффективно, так как нарушитель за данное время задержки успевает выйти из поля зрения камеры.
Развивая методику оценки возможностей быстродействия интегрированных систем физической защиты, планируется разработка измерительных устройств, с помощью которых можно было бы оценивать временные задержки в системах не только в лабораторных условиях, но и на реальных объектах.
Анализ существующих работающих систем по временному параметру и выбор устройств в первую очередь удовлетворяющему требованию быстродействия может привести к тому, что производители будут больше ориентироваться не на функциональность новых устройств, а на реальное быстродействие всей системы в целом и быстродействие системы в решении конкретных ситуационных задач.
Автор: А.В. Леус
ЗАО "Компания Безопасность"
ЗАО "Компания Безопасность"
Читайте также:
